电动机控制与保护

1、 2010-Z01民用建筑电气设计技术措施讲座电动机控制与保护中建国际（深圳）设计顾问有限公司李炳华北京土木建筑学会电气设计委员会北京电气设计情报网2010.4.15目 录一、一般规定 2二、电动机的启动 3三、低压电动机的保护 7四、低压交流电动机的主回路 13五、低压交流电动机的控制回路 28六、低压交流电动机的节能要求 31七、其它 349.2 电动机控制与保护一、一般规定电动机有多种类型，根据有关资料介绍，电动机可以按下列原则进行分类。1 按工作电源类型分类：电动机可分为直流电动机和交流电动机。其中交流电动机还分为单相电动机和三相电动机。2 按结构及工作原理分类：电动机可分为异步电动机

2、和同步电动机。同步电动机还可分为永磁同步电动机、磁阻同步电动机和磁滞同步电动机。异步电动机可分为感应电动机和交流换向器电动机。感应电动机又分为三相异步电动机和单相异步电动机。交流换向器电动机又分为单相串励电动机、交直流两用电动机和推斥电动机。按结构及工作原理，直流电动机可分为无刷直流电动机和有刷直流电动机。有刷直流电动机可分为永磁直流电动机和电磁直流电动机。电磁直流电动机又分为串励直流电动机、并励直流电动机、他励直流电动机和复励直流电动机。永磁直流电动机又分为稀土永磁直流电动机、铁氧体永磁直流电动机和铝镍钴永磁直流电动机。3 按转子的结构分类：电动机按转子的结构可分为笼型感应电动机（旧标准称为

3、鼠笼型异步电动机）和绕线转子感应电动机（旧标准称为绕线型异步电动机）。4 按运转速度分类：电动机按运转速度可分为高速电动机、低速电动机、恒速电动机、调速电动机。低速电动机又分为齿轮减速电动机、电磁减速电动机、力矩电动机等。调速电动机除可分为有级恒速电动机、无级恒速电动机、有级变速电动机和无极变速电动机外，还可分为电磁调速电动机、直流调速电动机、PWM变频调速电动机和开关磁阻调速电动机。5 按启动与运行方式分类：电动机可分为电容启动式电动机、电容启动运转式电动机和分相式电动机。6 按用途分类：电动机可分为驱动用电动机和控制用电动机。驱动用电动机又分为电动工具（包括钻孔、抛光、磨光、开槽、切割、扩

4、孔等工具）用电动机、家电（包括洗衣机、电风扇、电冰箱、空调器、录音机、录像机、影碟机、吸尘器、照相机、电吹风、电动剃须刀等）用电动机及其它通用小型机械设备（包括各种小型机床、小型机械、医疗器械、电子仪器等）用电动机。控制用电动机又分为步进电动机和伺服电动机等。7 按使用环境分类：电动机可分为普通电动机和特种电动机，例如用于有爆炸危险场所的防爆电动机，用于水下的防水电动机。这么多电动机在规范中没有全部涵盖，9.2-1说明了其适用范围，即适用于一般用途的旋转电动机，不适用于控制电动机、直线电动机及其它用途的特殊电动机，310kV异步电动机和同步电动机也超出本规范的要求。规范对电动机的功率和额定电压

5、也做出要求。下表列出相关规范、标准电动机适用功率下限值和额定电压上限值。相关规范、标准中电动机适用功率下限值和额定电压上限值 表9.2-1规范、标准额定功率下限值（kW）额定电压上限值（V）名称编号通用用电设备配电设计规范GB 50055930.551000,10000民用建筑电气设计规范JGJ/T 16-92-500全国民用建筑设计技术措施（电气）2003年版0.551000美国国家标准NEC 19980.75-中小型三相异步电动机能效限定值及节能评价值GB 18613-20020.55660 从表中可以看出，电动机适用功率最小值定为0.55kW、额定电压上限值定为1000V，有利于我国相关

6、规范、标准之间相互配合、相互衔接，并与国际标准接轨，同时，也考虑了我国现行电动机实际情况。二、电动机的启动1 电动机启动综述 电动机由静止到转动起来的过程，叫启动过程。电动机启动方式有很多种，在电动机启动过程中，有两点必须满足：一是电动机的端子电压不能太低，如果其端子电压太低，电动机就不能提供足够的转矩，不能保证它所拖动的机械正常工作；第二，电动机启动时，不能影响同一配电系统中其它用电设备的正常工作。为此，规范对交流电动机启动时，其配电母线上的电压做出如下规定：电动机启动时母线上电压的要求 表9.2-2电动机启动类型配电母线上的电压 / 额定电压 的最小值频繁启动90不频繁启动85当电动机不与

7、照明或其它对电压波动敏感的负荷合用变压器，且不频繁启动时80当电动机由单独的变压器供电时其允许值应按机械要求的启动转矩确定电动机频繁启动是指每小时启动数十次以上。当电动机由单独的变压器供电时，形成了电动机变压器组，这种供电形式在工业中经常使用。YX2系列高效电动机-0.55-Y系列电动机-0.55- (a) (b) （c）图9.2-1 电动机直接启动一次线路中也时有应用。例如，北京奥林匹克公园内集中冷站，一台冷冻机组为840kW，采用一台1250kVA专用变压器带一台冷冻机组，启动时电动机可以满足机组的启动转矩。有关资料介绍，电动机变压器组接线形式，当电动机的容量不超过变压器容量的80时，电动

8、机可顺利启动。但本规范考虑电动机所拖动的机械的差异，没有做出具体数值上的要求。2 笼型电动机的全压启动全压启动也叫直接启动，就是将额定电压直接加到电动机定子绕组上。对电动机来说，全压启动设备简单，操作方便，是最可靠、最简单的启动方式；对用户来说，全压启动又最经济。只要电动机启动过程中能满足本规范9.2.2条1和2款的要求，应采用全压启动。图9.2-1为笼型电动机直接启动一次线路图，元器件很少，连接点也少，接线非常简单。图(a)为断路器接触器热继电器结构，断路器为电磁脱扣器；图(b)为断路器接触器，这时断路器应配电子脱扣器，电子脱扣器具有过载保护功能；图（c）为CPS构成的电动机全压电路，按照I

9、EC6094762（1997）、GB14048.91998的规定，CPS为控制与保护开关电器，也就是说，将电动机的保护电器、控制电器、隔离电器等组合到一起的低压电器。图9.2-2 三相异步电动机n=f(T)曲线笼型电动机全压启动的第一个特点是启动电流大、启动时间短。电动机启动瞬间，同步转速n0=60f/P =0，转差率s=(n0-n)/n0=1，电动机的转速n=(1-s)60f/P0。转子绕组感应电动势和电流都很大，转子电流也随之增大。一般笼型电动机的启动电流约为额定电流57倍，启动时间较短，约13s，这么短的时间内电流便很快减小达到额定电流值，不足以使电动机发热。因此，对电动机本身影响不大。

10、要注意！某些工业上用的电动机属于重载负荷，启动时间长，极少数负荷启动时间可达30s，电动机的启动对其本身会有些不良的影响。笼型电动机全压启动的第二个特点是启动转矩（Tst）小。同样，刚启动时，n0=60f/P =0，s=(n0-n)/n0=1，电动机的转速n=(1-s)60f/P0。转子绕组感应电动势和电流都很大，转子电流很大，但功率因数cos2较小，因而启动转矩Tst并不大。通常笼型电动机启动转矩约为额定转矩1.12.0倍，起重、冶金用的电动机启动转矩可达2.53倍额定转矩。启动转矩太小，不利于带负载启动，或者延长电动机启动的时间。 3 笼型电动机的降压启动规范规定，“当不符合全压启动条件时

11、，笼型电动机应降压启动。”降压启动的目的是减小启动时的启动电流，通常采用降低定子绕组电压来达到这一目的。启动后，先降低定子电压，待电动机转速接近额定值时再换接到额定电压。常用的降压启动方法有利用自耦变压器降压、采用Y降压启动、软启动方式等。笼型电动机降压启动的比较 表9.2-3启动方式接线启动电流启动转矩备注全压启动额定电压直接加到电动机定子绕组上IstTstY降压启动启动时定子绕组接成星形，每相绕组为。转速接近额定值时，再改接成三角形0.33Ist0.33Tst当Y转换瞬间，转矩突然增大，对机械设备有冲击。启动转矩小，不利于启动。适用于空载或轻载启动。自耦变压器降压通过自耦变压器调节定子绕组

12、电压，启动时，定子绕组电压小于额定电压k.U1，转速接近额定值时将定子绕组电压调到额定值。k2.Istk2.Tst启动电流小，启动转矩较大。不能频繁启动。延边三角形抽头比例为1:1，启动时定子绕组电压为0.71U1。0.5Ist0.5Tst启动电流小，启动转矩较大。可以较频繁启动。软启动将软启动装置接在电源与电动机之间，利用改变晶闸管的导通角达到调节定子电压的目的。启动时定子绕组上的电压为（01）U1，达到额定转速时，定子电压为U1。可调，且小于Ist可调，且小于Tst软启动装置价格高，易产生高次谐波，污染电网、增加能耗对于软启动装置，它只是一个启动设备，在电动机启动时使用，当完成启动过程后，

13、软启动装置应退出。软启动装置主要解决两个重要问题，一是解决启动电流大的问题，另一是减少启动时对电网中其它负荷的影响。可以看出，软启动装置可以理解为是一个调压器，它可以对定子绕组电压进行无级调压。4 笼型电动机启动与调速当机械有调速要求时，笼型电动机的启动方式应与调速方式相配合。电动机的转速用9.2-1和9.2-2表述：n=(1-s)60f/P (9.2-1)s=(n0-n)/n0 (9.2-2)式中，s转差率； n0同步转速，也是旋转磁场的转速，单位：转/分； n异步电动机的转速，单位：转/分； P磁极对数； f电源频率，单位Hz，我国为50Hz。由此可得，笼型电动机的调速方式有以下几大类：第

14、一，改变电动机绕组磁极对数，达到调速的目的。表9.2-4为不同磁极对数的电动机同步转速值，异步电动机的额定转速接近同步转速。民用建筑中排烟/排风双速风机就是通过改变电动机绕组的磁极对数来进行调速的，正常情况下，风机为低速，用于排风；火灾时，风机为高速，用于排烟。电动机的同步转速与磁极对数 表9.2-4磁极对数（对）1234同步频率n0（转/分）300015001000750第二种调速方式为改变电源的频率，频率f越低，转速也越低。目前常用的变频调速装置就是通过改变频率实现电动机调速的。第三，改变转差率实现电动机调速。5 绕线转子电动机启动绕线转子电动机采用频敏变阻器启动，其特点较为突出，接线简单

15、、启动平滑、成本较低、维护方便。电阻器启动，能耗高，但有些情况下尚在使用，尤其需调速场所，需要电阻器启动。在转子回路串联外接电阻，这时转子绕组上的启动电流为： (9.2-3)启动转矩为 (9.2-4)由公式9.2-3和公式9.2-4可知，r2增大，转子上的启动电流I2st减小，同时启动转矩Tst得以提高，有利于电动机的启动。绕线式异步电动机适用于大中型电动机，也常用于要求启动转矩大的场合，例如拖动提升机、起重机等。6 直流电动机的启动直流电动机的启动不仅受机械调速要求和温升的制约，而且还受换向器火花的限制。国家标准旋转电机 定额和性能GB755-2000规定：直流电动机和交流换向器电动机在最高

16、满磁场转速下，电动机应能承受1.5倍的额定电流，历时不小于60s。上述要求比较严格，尤其对小型直流电动机而言，可能允许有较高的偶然过电流，因此对直流电动机启动提出了“启动电流不超过电动机的最大允许电流；启动转矩和调速特性应满足机械的要求”的要求。直流电动机的启动方式见表9.2-5，调节电源电压是比较理想的启动方式。直流电动机启动方式比较 表9.2-5启动方式优点缺点备注全压启动简单，经济启动转矩很大，对设备形成冲击；启动电流很大，换向困难一般不采用电枢回路串电阻启动减小启动电流，启动后逐级切除电阻以获得足够启动转矩能耗过大用于小型直流电动机的启动降低电枢电压启动启动前，降低电动机电枢两端电压，

17、以减小启动电流Ist，并将Ist控制在1.52IN内；启动转矩易控制，启动平稳，能耗低。投资大，多采用晶闸管可控硅整流启动。较理想的启动方式三、低压电动机的保护1 交流电动机的保护总体要求交流电动机有很多种保护，但规范要求相间短路保护、接地故障保护必须装设的，以减少电动机被烧毁等事故。除此之外，其它保护如断相保护、低电压保护、过载保护、绕组温度保护等可根据具体情况选择装设。交流电动机保护类型比较 表9.2-6保护类型特点保护电器备注相间短路保护保护电动机、启动器、电缆等免受大的故障电流，一般故障电流在10In以上，相间短路保护电器动作断路器、熔断器、过电流继电器、CPS等必须设置接地故障保护由

18、于绝缘故障造成的，不同的接地型式接地故障电流差别较大断路器、剩余电流保护电器(RCD)、CPS等必须设置，如短路保护能满足接地保护的要求，可以用短路保护兼顾过载保护由于电气或机械原因造成的，故障电流一般在10In以下热继电器、过负荷继电器、断路器、CPS、综合保护器等根据需要装设断相保护过载保护的一种，非断相的两相电压升高，电流增大，呈现“过载”特征。根据需要装设绕组温度保护埋设在绕组线圈内的感温元件探测到绕组温度超高，发出信号也可动作跳闸温度继电器、综合保护器等根据需要装设低电压保护非重要电动机装设低电压保护，不允许其自启动，以保证重要电动机恢复来电后可以自启动断路器的欠电压脱扣器、接触器的

19、电磁线圈根据需要装设2 交流电动机的相间短路保护1）每台电动机应单独装设相间短路保护，以对电动机、启动器、电缆等起到短路保护的作用，图9.2.-1所示，无论哪种主接线，短路保护是必不可少的，而且其与电动机是一一对应的。2） 数台电动机共用一套相间短路保护电器属于特殊情况，应从严掌握。有两种情况可以采用此种接线。第一，“总计算电流不超过20A，且允许无选择地切断不重要负荷”，这时电动机在11kW以下，规范中此条要求与低压配电设计规范、通用用电设备配电设计规范相一致。第二，“根据工艺要求，必须同时起停的一组电动机，不同时切断将危及人身设备安全时”。工业建筑中必须同时起停的一组电动机比较多，民用中较

20、少，有时将一组防火电动卷帘门设置一个短路保护，它们的起停必须同步。图9.2-3 低压断路器脱扣曲线3） 短路保护电器表9.2-6所示，熔断器、断路器、过电流继电器、CPS可以做为短路保护电器。低压断路器的瞬动过电流脱扣器是最常见的短路保护器件。如图9.2-3所示，瞬动过电流脱扣器动作电流应在10In以上，动作时间为0.01s，这时可认为是瞬动，这个时间主要是断路器固有动作时间。断路器的优点在于可重复使用，方便灵活；功能强大，如果配备电子脱扣器，还具有通信功能。图9.2-4 熔断器的限流曲线熔断器是另一种短路保护电器，其分断能力强，动作时间短，具有限流作用，价钱便宜。图9.2-4所示为熔断器限流

21、特性示意图，由于熔断器快速动作，短路电流在没有达到预期最大值之前就将故障回路切除，避免故障回路遭受较大故障电流和能量的冲击。断路器、熔断器保护功能非常出色，因此，很少采用带瞬动元件的过电流继电器做短路保护电器。(a) (b) (c)图9.2-5 短路保护电器的安装位置4）短路保护电器的安装位置图9.2-5所示，(a)图为短路保护兼作接地故障保护，这时应在每个相导体上装设短路保护电器，图中QF所示。(b)图保护电器为熔断器，作相间短路保护用，这种情况应将熔断器安装在每个相导体上，图中FU装于三相线路上。图(c)也用于相间短路保护，断路器可只装设在两相上，图中L1、L3两相上装设断路器，而L2相上

22、没有装设短路保护电器。当只在两相上装设短路保护电器时，在有直接电气联系的同一配电网络中，保护器件应装设在相同的两相上。就是说，图(c)中上级配电系统至少在L1、L3两相上装设短路保护电器。图(a)、图(b)是较好的安装方案，建议推广使用。5）选择短路保护电器应注意的问题第一，用于电动机回路的短路保护电器宜选用保护电动机型。短路保护电器的类别有多种，根据负荷特点，短路保护电器主要分为低感照明保护型、高感照明保护型、配电型、电动机保护型、电子元器件保护型等。当选用低压熔断器时，宜选用“gM”型，g为全范围分断能力的熔断器，M为电动机保护型。表9.2-7为IEC对断路器的分类。IEC对断路器的分类

23、表9.2-7断路器IEC标准脱扣器类型过负荷保护短路保护低整定值标准整定值高整定值家用型60898热磁Ir=InIm=(35)InIm=(510)InIm=(1020)In工业型609472热磁Ir=(0.71)InIm=(25)InIm=(510)InIm=(1215)In电子Ir=(0.41)In注：Ir过电流脱扣器整定值 Im电磁脱扣器整定值 In脱扣器额定电流值。第二，如果短路保护电器采用熔断器，则熔断体的额定电流应根据其安秒特性曲线计及偏差后略高于电动机启动电流和启动时间的交点来选取，以防止电动机启动时熔断器误动作。但熔断体的额定电流不得小于电动机的额定电流。 在额定电压、额定频率和

24、环境温度为20±5时，熔断器的熔断体应符合下列要求： (a) 熔断体应能持续通过不超过其额定电流的任何电流。 (b) 熔断体应能承受正常使用时可能发生的过载，如电动机启动时过载电流，电动机启动时熔断体不应动作。(c) 对于“g”熔断体，当电流不超过约定不熔断电流时，熔断体不应熔断；当电流等于或大于约定熔断电流时，熔断体在约定时间内熔断。 (d) 对于“a”熔断体，当电流不超过K1In时，在安秒特性曲线所对应的时间内熔断体不熔断；当电流在K1In和K2In之间，熔断体可以熔断，熔断时间大于熔断器安秒特性曲线所对应的时间；当电流超过K2In时，熔断体熔断。当电动机频繁启动和制动时，该主回

25、路发热大于电动机不频繁启动时的发热，因此，熔断体的额定电流应再加大12级。图9.2-6 电动机启动电流及其保护第三，瞬动过电流脱扣器或过电流继电器瞬动元件的整定电流，应取电动机启动电流的22.5倍。由于笼型电动机定子铜绕组的高感抗和定子铁心的磁化强度，笼型电动机启动时会产生很大的冲击电流，如图9.2-6所示，电动机启动过程中，存在启动电流的非周期分量（也叫次暂态电流），启动电流非周期分量可达2.5倍的启动电流周期分量。对于普通电动机，启动电流的最大值可以达11.518倍的电动机额定电流；对应大容量电动机，启动电流最大值达12.521.5倍电动机额定电流。这一结论与上海电器科学研究所的实验相一致

26、，启动电流非周期分量主要出现在第一个半波（0.010.015s）。因此，瞬动过电流脱扣器或过电流继电器瞬动元件的整定电流应取电动机启动电流的22.5倍。请读者注意！92版“民规”规定：瞬动过电流脱扣器或过电流继电器瞬动元件的整定电流应取电动机启动电流周期分量的1.72.0倍。显然该系数偏小，不能满足要求。4 交流电动机的接地保护本规定有两个核心点：第一，间接接触保护要自动断电，宜每台电动机单独装设接地故障保护。但是当数台电动机共用一套短路保护电器的一组电动机时，数台电动机可共用一套接地故障保护器件。第二，当短路保护器件满足接地故障保护要求时，应采用短路保护兼作接地故障保护。总结本规范给出电动机

27、接地保护的要点：即“间接接触自动断电单设接地保护短路保护可兼接地保护”。接地故障保护的设置要求参见本规范7.6节相关条款。5 交流电动机的过负荷保护1）运行中容易过负荷的和连续运行的电动机，以及启动或自启动条件严酷而要求限制启动时间的电动机，应装设过负荷保护。过负荷保护宜动作于断开电源。民用建筑中风机、水泵多属于连续运行的电动机，它们过负荷的可靠性很小，一般都设置过负荷保护。2）短时工作或断续周期工作的电动机，由于电动机运行时间短，尚未达到额定温升就开始冷却，因此，过负荷时很难有足够的能量让过负荷保护装置可靠动作，故此，规范规定此种情况可不装设过负荷保护。但运行中可能堵转时，应装设堵转保护，其

28、时限应保证电动机启动时不动作，民用建筑中空压机、电梯属于此范畴。请读者注意规范中用“可不装设过负荷保护”，没有说不装设过负荷保护，如果装设过负荷保护也没错。图9.2-7 双金属片热继电器原理图3）突然断电将导致比过负荷损失更大的电动机，不宜装设过负荷保护。如装设过负荷保护，可使过负荷保护作用于报警信号。本规定是要设计人做出评估，即断电造成的损失大还是过负荷造成的损失大？民用建筑中消火栓水泵、喷洒泵、防排烟风机等，如果装设过载保护器，当发生火灾时，过载保护器误动作，消防类设备不能正常运行，耽误灭火时机，损失可能更惨重。如装设过载保护，可使过载保护作用于报警信号，提醒值班人员检查、排除故障点。4）

29、过负荷保护器件主要有热继电器、过负荷继电器、反时限的过电流继电器、温度保护装置等。常用的是热继电器，非常普及。规范中特别强调了过载保护器件宜采用电子式的热继电器。图9.2-7所示为双金属片工作原理图，双金属片2由不同膨胀系数的两片金属片组成，当正常的三相电流通过线圈1时，双金属片2受热弯曲，但不足以使差动导板3移动，当过载时，线圈1中流过较大的电流，双金属片弯曲较大，推动导板3向左移动，导板推动温度补偿片4，使5脱扣杆动作，摆动跷板7也随即动作，最终，动断触点8打开，动合触点9闭合。 双金属片热继电器缺点很明显动作误差大，可靠性低，容易误动作和拒动作。相当一部分烧毁电动机的事故是由热继电器起不

30、了保护作用所致。双金属片热继电器目前只有过电流保护和断相保护，而对绕组温度过高、频率升高等非正常现象就不能有效的保护。电子式的热继电器有多种保护：过电流保护、断相保护、缺相保护、三相负荷不平衡保护、绕组超高温度保护等。因此，电子式热继电器是名副其实的电动机综合保护器。目前中国市场上有进口的电子式热继电器，如施耐德公司的LR9系列产品、西门子公司的3RB系列产品。国产品牌也较多，目前通过上海电器科学研究所型式试验的国产产品是西安开民新技术研究所的JRD22系列电子式热继电器。5）热继电器或过负荷继电器的整定电流为：Izd Ied （9.2-5）同时还要求Izd、Ied尽可能接近。过负荷电流继电器

31、的整定值应按下式确定：Izd = Kk Kjx Ied / Khn （9.2-6）详见规范条文。图9.2-8 过载保护器件的类型6）规范中表9.2.3为过载保护器件通电时的动作电流，该表引用IEC60947相关条款。该表可以用图9.2-8表示。对于不同负荷应选择不同类型的过载保护器，即轻载负荷可以选用10A或10过载保护器，而20或30应用在重载机械。由于双金属片热继电器还广泛使用，IEC没有涉及到30以上及10A以下类型，但是，某些场合电动机过载保护需要30以上和10A以下的非标准产品，因此本条款增加了“当电动机启动时间超过30秒时，应向厂家订购与电动机过载特性相配合的非标准过载保护器件”。

32、如果采用标准产品不能满足要求，可以采用“在启动过程的一定时限内短接或切除过载保护器件”措施。电动机所拖动的机械按其启动、运行特性可分为三类，这样分类是相对的，有的文献将负载分为重载和轻载。本规范将其分为三类，过负荷保护电器与此关系较大。负荷分类与过负荷保护电器的选择 表9.2-8负载类型启动特性过负荷保护电器类型轻载启动时间短，起始转矩小10A或10类中载启动时间较长，起始转矩较大20类重载启动时间长，起始转矩大30类6 交流电动机的断相保护交流电动机的某一相断路，另两相电流增大，造成电动机这两相线圈过载。据资料介绍，在烧毁电动机的事故中，由于断相故障所占的比例较高，美国和日本约占12，前苏联

33、约占30，我国尚无准确的统计数据，由于管理、维护水平较低，我国这个比例不会太低。因此，电动机的断相保护应严格要求。 1）连续运行的三相电动机，用熔断器保护时，应装设断相保护。因为熔断器三相一致性比断路器差，连接点多，连接点的可靠性将影响电动机保护的效果。据资料介绍，在发生断相故障的181台小型电动机的统计中，由于熔断器一相熔断或接触不良的占75，由于刀开关或接触器一相接触不良的占11。因此，熔断器做短路保护电器，对断相保护要求应严格。而用低压断路器保护时，由于连接点少，三相一致性好，对断相保护要求可以适当降低，语气上采用“宜装设断相保护”。 2）短时工作或断续周期工作的电动机，由于可不设过载保

34、护，与此相对应，也可不装设断相保护。3）断相保护器件宜采用带断相保护的热继电器，其优点上面已经介绍了，带断相保护的热继电器现已普遍使用。如果条件许可，也可采用温度保护或专用的断相保护装置。7 交流电动机的低电压保护 首先要说明，交流电动机的低电压保护不是保护电动机本身，而是限制电动机自启动。 低电压保护的类型按动作时限可将电动机低电压保护分为瞬时、短延时、长延时动作三类，其特点见表9.2-9。电动机低电压保护类型 表9.2-9保护类型动作时限用途瞬时动作瞬动次要电动机短延时保护0.51.5s不允许或不需要自启动的重要电动机长延时保护920s按工艺要求或安全条件在长时间停电后不允许自启动的重要电

35、动机图9.2-9 欠电压脱扣器接线图 低电压保护器件宜采用低压断路器的欠电压脱扣器或接触器的电磁线圈。欠电压脱扣器是低压断路器的一种附件，其原理是当电压低到一定数值时，瞬时或延时动作，使断路器分闸，切断供电回路。图9.2-9所示，D1、D2接电源。 8 直流电动机的保护直流电动机保护类型 表9.2-10保护类型要求短路保护必须设置过负荷保护根据需要装设堵转保护根据需要装设弱磁或失磁保护他励、并励、复励电动机，宜装设超速保护串励电动机和机械有超速危险的直流电动机，应装设由于民用建筑中直流电动机应用较少，只有电梯等少数负荷偶有使用，故没有展开说明。四、低压交流电动机的主回路 (a) (b) (c)

36、图9.2-10 低压交流电动机星三角启动主回路的组成1 低压交流电动机主回路构成规范规定，低压交流电动机的主回路由隔离电器、短路保护电器、控制电器、过载保护电器、附加保护器件、导线等组成。主回路的构成可以是上述器件的全部或部分，但隔离电器、短路保护电器和导线是必不可少的。图9.2-1为交流电动机直接启动的主回路。图9.2-10为星三角启动主回路，图(a)断路器具有过载保护和短路保护功能，因此没有单独设置过载保护；图(b)、(c)断路器没有过载保护，所以另设热继电器用于过载保护。2隔离电器的要求 实际工程中许多人忽略了隔离电器，认为装设断路器或熔断器就可以不用装设隔离电器。当短路保护电器能满足隔

37、离电器要求时，短路保护电器可以兼做隔离电器。1）隔离电器的作用电动机主回路设置隔离电器的目的是将电动机及其控制电器与带电体有效的隔离，也就是说隔离电器将电源与电动机及其控制电器从电气上分开。在维护时，这一点很重要，隔离电器有效地分开了电源和电动机及其控制电器对保障维修人员的安全至关重要。2）什么器件可以作隔离电器？本规范第7.5.1条给出了明确的答案，这些规定来自IEC，下列电器可以作为隔离电器：1）单极或多极隔离开关，隔离器，如OPPL熔断器式隔离开关、OT、OETL系列隔离开关等。2）插头和插座。插头、插座分开后，有足够的间隙，耐压及泄漏电流无疑都符合现行国家标准的有关规定。3）熔断器。熔

38、断器断开后也有足够的间隙，符合隔离电器的要求。4）连接片。5）不需要拆除导线的特殊端子。6）具有隔离功能的断路器，这类断路器有NS系列、T系列等。但是，半导体电器严禁作隔离电器，因为半导体器件耐压水平较低，使用它作隔离电器被击穿几率大大提高。 3）电动机主回路上隔离电器的装设要求首先，每台电动机主回路上应装设隔离电器，这是很明确的。其次，允许数台电动机共用一套隔离电器，但是要满足一定条件方可这样设置，即共用一套短路保护电器的一组电动机可以共用一套隔离电器；或者由同一配电箱（屏）供电，且允许无选择性地断开的一组电动机可以共用一套隔离电器。4）隔离电器的装设位置隔离电器宜装设在控制电器附近或其它便

39、于操作和维修的地点。3 短路保护电器的要求 短路保护电器的要求详见本规范9.2.3条第2款的规定，并请参阅本书相关说明。此外，短路保护电器应满足短路分断能力的要求。短路保护电器有两个重要指标：额定极限短路分断能力Icu和额定运行短路分断能力Ics，两者的含义、试验等IEC 60947-2和GB 14048.2都做出规定，并列表如下，供读者参考。短路保护电器的分断能力 表9.2-11名称额定极限短路分断能力额定运行短路分断能力文字符号IcuIcs定义在规定的试验电压及其它规定的条件下，按照规定的试验程序动作之后不考虑继续承载它的额定电流在规定的试验电压及其它规定的条件下，按照规定的试验程序动作之

40、后须考虑继续承载它的额定电流表示方法预期短路电流有效值Icu的一个百分数试验操作顺序0tco0tcotcoIcs/Icu (%)25、50、75、100表中：0分断操作； t两个相邻操作间的时间间隔，一般t3min； co接通操作后紧接着分断操作。设计中按照Icu选择短路保护电器还是用Ics选择呢？这取决于用电负荷的重要性，对于重要用户、重要负荷，建议按Ics选择短路保护电器。4 控制电器及过负荷保护电器的要求1）装设要求正如图9.2.2-1所示，每台电动机应分别装设控制电器。但是也有特例，当工艺要求或使用条件许可时，一组电动机可共用一套控制电器，民用建筑中，这种情况比较少见，偶遇送风机和排风

41、机可以同时使用。2）什么器件可以作为电动机的控制电器？规范规定可以用作为电动机控制电器的电器见表9.2-12。控制电器的特点 表9.2-12电器类型特点举例接触器仅有一个休止位置，能接通、承载和分断正常电路条件（包括过载运行条件）的电流的一种非手动操作的机械开关电器，可频繁操作。启动器用于电动机的起、停、反转用的开关电器,一般由接触器、热继电器及其它电器组合而成。包括直接启动器、可逆启动器、降压启动器、转子变阻式启动器、软启动器等。xStart-XS1专用控制开关专门用于电动机控制的开关电器，通常该控制开关还带有保护功能GV2、GV3、MS325等低压断路器启动次数较少的电动机T系列、NS系列

42、等封闭式负荷开关3kW及以下电动机，手动不频繁操作。手柄与铁壳有机械连锁装置。CFH3、HH3等组合式保护电器小容量的电动机KB0系列，目前可以控制额定电流不大于100A的电动机。3）关于堵转电流和工作制GB 755-2000旋转电机 定额和性能给出了电动机堵转电流的定义，即电动机在额定频率、额定电压和转子在所有转角位置堵住时从供电线路输入的最大稳态电流有效值。Y2系列电动机堵转电流一般在（57.5）Ie。规范规定，控制电器应能接通和分断电动机的堵转电流。选择接触器时，应该考虑这一点。另一方面，控制电器的使用类别和操作频率应符合电动机的类型和机械的工作制。以接触器为例，接触器有四种工作类别AC

43、1AC4，不同的工作类别决定了接触器的工作频率和其寿命。表9.2-13反映了接触器的不同工作类别接触器有不同的用法。接触器的工作类型及用法 表9.2-13工作类别负荷类型接触器用法应用举例AC1非感应性负荷cos=0.8开断电热AC2绕线型异步电动机cos=0.65启动、停止、再生制动、点动拉线机AC3笼型电动机cos=0.45，Ie100Acos=0.35，Ie>100A启动、停止电梯、自动扶梯、风机、空调机组、冷水泵、冷冻泵等AC4笼型电动机cos=0.45，Ie100Acos=0.35，Ie>100A启动、停止、再生制动、反向制动、点动印刷机、拉丝机等民用建筑中，绝大多数的电

44、动机应用在AC3类别。4）装设位置控制电器宜装设在电动机附近或其它便于操作和维修的地点。过负荷保护电器宜靠近控制电器或为其组成部分。5 电线或电缆的要求1）按电动机的额定电流选择电线或电缆按电动机额定电流选择电线或电缆的基本要求是电动机主回路导线的载流量不应小于电动机的额定电流。当电动机为短时或断续工作时，应使导线在短时负载下或断续负载下的载流量不小于电动机的短时工作电流或标称负载持续率下的额定电流。GB 755-2000定义，电动机短时工作制为在恒定负载下按给定的时间运行，电动机在该时间内不足以达到热稳定，随之电动机停机和断能，其时间足以使电动机再度冷却到与冷却介质温度之差在2K以内。例如，

45、某电动机工作制为S2 30min，含义为该电动机为短时工作制，工作时间为30分钟，然后电动机有较长时间停机。另一方面，电动机断续工作制是指电动机带额定负载运行时，运行时间很短，使电动机的温升达不到稳态温升；停止时间也很短，使电动机的温升降不到零，工作周期小于10min的工作方式。 断续工作制包括S3断续周期工作制按一系列相同的工作周期运行，每一周期包括一段恒定负荷运行时间和一段停机和断能时间，每一周期的启动电流不致对温升有显著影响。该种情况还包括S4包括启动的断续周期工作制，即按一系列相同的工作周期运行，每一周期包括一段对温升有显著影响的启动时间，一段恒定负荷运行时间和一段停机和断能时间。S5

46、包括电制动的断续周期工作制，民用建筑中电动机很少采用S5工作制，在此不做进一步说明。（a） S2 短时工作制 (b) S3 断续周期工作制 (c) S4包括启动的断续周期工作制图 9.2.11 电动机工作制总之，短时或断续工作的电动机其温升达不到稳态温升，因此，计算时设备功率要将额定功率换算为统一负荷持续率下的有功功率，以此为基础计算出电动机的额定电流，做为选择电线或电缆的依据。2）按导线的机械强度和电压损失校验本部分参见本规范7.4.1条相关说明。 6 短路保护电器与其负荷侧的控制电器和过载保护电器之间配合IEC60947对电动机保护配合有较详细的规定，我国也类似的国家标准，其要点如下：1）

47、先明确保护配合的类型规范对此有明确规定，即表9.2-14所示，设计时可根据负荷供电的连续性和可靠性选择电动机保护配合的类型。一般设备由于供电可靠性要求不高可以用1类配合，而2类配合强调供电的可靠性和连续性，因此重要负荷如消防类负荷应满足2类配合。据有关资料介绍，IEC正在制定要求更高的3类配合标准。 1类配合和2类配合 表9.2-14配合类别定义特点1类配合在短路情况下接触器、热继电器的损坏是可以接受的：1、不危及操作人员的安全2、除接触器、热继电器以外，其它器件不能损坏允许供电中断，直到维修或更换接触器和热继电器后才可恢复供电对供电连续性不高维护保养时间长2类配合短路时，接触器、启动器触点可

48、容许熔化，且能够继续使用。同时，不能危及操作人员的安全和不能损坏其它器件供电连续性十分重要，而且触点必须被容易的分开维护、保养时间短2）电动机保护元件的分工、配合结合图9.2-12将电动机各保护元件分工做如下说明。1、热继电器曲线 2、电磁脱扣器曲线 3、热继电器耐热极限曲线 4、SCPD耐热极限图9.2-12 保护配合曲线 保护元件的保护分工 表9.2-15实际电流I/额定电流In保护元件I/In1保护元件不动作1I/In 0.75Ij热继电器动作0.75Ij I/In 1.25Ij热继电器、SCPD都可能动作，在此范围内热继电器的脱扣特性不能发生改变1.25Ij I/InSCPD动作注：I

49、j为热继电器脱扣曲线与SCPD电磁脱扣曲线的交点，由热继电器厂家提供，通常可采用Im值。3）接触器或启动器的限制短路电流接触器或启动器的限制短路电流不应小于安装处的预期短路电流，就是说，当发生短路时，在短路保护电器切断故障回路之前，接触器或启动器应能承受故障电流，满足1类或2类配合要求。4）常用的电动机保护配合表C65+LC1+LR2 满足2类配合 轻载直接启动 表9.2-16NS+LC 轻载（STR22ME）或中载（STR43ME）启动 2类配合 表9.2-17注：表中STR22ME为轻载启动，STR43ME为中载启动。NS（电磁脱扣）+LC+LR轻载直接启动 2类配合 表9.2-18NS（

50、电磁脱扣）+LC+LT6轻载、中载、重载直接启动 2类配合 表9.2-19注：本表热继电器装于电流互感器上，1030级可调。NS（电子脱扣）+LC轻载、中载直接启动 2类配合 表9.2-20 注：STR22ME仅轻载（10级）启动；STR43ME、MICROLOGIC 5.0可轻载（10级）启动，也可中载（20级）启动。 CM1+SC+TK,直接启动, 1类配合，Ue400V 表9.2-21电机参数断路器接触器热继电器额定功率kW额定电流A额定电流A瞬时整定型号型号型号整定电流范围代号0.371.2612InCM1-63M/32002SC-E02TK-E02L0.551.6612InCM1-63M/32002SC-E02TK-E02M0.752612InCM1-63M/32002SC-E02TK-E02N1.12.8612InCM1-63M/32002SC-E02TK-E02P1.53.7612InCM1-63M/32002SC-E02TK-E02R2.25.31012InCM